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Breitband – dünn wie Haar - Über Heraeus

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Werkstoffe
Breitband –
dünn wie Haar
Hochreiner RIC-Quarzglaszylinder.
Glasfasern eröffnen neue Dimensionen für
Information und Kommunikation
Qualitätsmerkmale: Größe und Reinheit
Eine Glasfaser zur Übertragung von Licht besteht aus einem
lichtführenden Kern (mit einem hohen Brechungsindex) und
einem Mantelbereich (mit einem niedrigen Brechungsindex).
Das Licht breitet sich über Totalreflexionen an der KernMantel-Grenzfläche aus – selbst wenn die Faser gekrümmt
Sie sind haarfein und unscheinbar, besitzen aber eine
enorme Leistungsstärke: Glasfasern können Daten mit
Geschwindigkeiten von mehr als einem Terabit pro Sekunde übertragen. Der Download kompletter Spielfilme in
hochauflösender HD-Qualität (HD = high definition) dauert
so nur 100 Millisekunden – wesentlich weniger als ein
Wimpernschlag.
So sorgen Lichtleitfasern dafür, dass gigantische Datenmengen schnell und sicher über Kontinente und Ozeane
transportiert werden. Diese Kapazität ist auch absolut notwendig, da der Bedarf an Übertragungskapazitäten über
das Internet ständig steigt. So wurden bis 2006 weltweit
rund 800 Millionen Kilometer Glasfaser verlegt. Nach
vorsichtigen Schätzungen soll bis 2010 die Marke von
jährlich 130 Millionen Kilometer überschritten werden.
Heraeus zählt zu den Weltmarktführern in der Produktion
von Quarzglas für die optische Datenübertragung. Schon
1975 entwickelte der Quarzglasspezialist ein Verfahren zur
Abscheidung von Fluor-dotiertem synthetischem Quarzglas
(Fluosil®), das zur Herstellung von Vorformen für Lichtwellenleiter eingesetzt wurde. Als wichtiger Partner der
Telekommunikationsindustrie produziert und entwickelt
das Unternehmen hochreine, synthetische Quarzglasrohre
und Hohlzylinder als Basis zur Herstellung leistungsfähiger Glasfasern. Mit Produktionsstätten in Bitterfeld und
Buford, USA, deckt Heraeus rund ein Fünftel des globalen
Bedarfs an hochreinem Quarzglas ab.
Aus Gas entsteht Glas
Synthetisches Quarzglas entsteht bei der Umsetzung von
Siliziumtetrachlorid in Knallgasflammen bei hohen Temperaturen. Nanopartikel aus Quarzglas scheiden sich dabei
auf einem Keramikträgerrohr ab. Über mehrere Stunden
entsteht in diesem Prozess ein nanoporöser, hochreiner
Quarzglaskörper, der über drei Meter lang und eine viertel
Tonne schwer ist. Anschließend wird der Körper getrocknet, bei 1700 °C zu einem transparenten Körper verglast,
und schließlich entsteht durch mechanische Bearbeitung
ein geometrisch präziser Zylinder mit exakt gebohrtem
Innen- und genau geschliffenem Außendurchmesser. Um
den hohen Anforderungen an Reinheit gerecht zu werden
erfolgt der wesentliche Teil der Glaszylinderproduktion
unter Reinraumbedingungen.
wird. Der lediglich neun Mikrometer durchmessende, also
haarfeine Kern, lässt nur eine Ausbreitungsgeschwindigkeit zu
und ermöglicht so die störungsfreie, schnelle Übertragung der
über dicht gepackte Lichtpulse codierten Informationen über
lange Strecken. Größe, präzise Verarbeitung, höchste Reinheit,
Transparenz und Homogenität sind Qualitätsmerkmale für
die Leistungsfähigkeit der Glasfaser.
Abscheideprozess – aus Gas
„Zwei wesentliche Leitmotive bestimmen dabei unser
Handeln, die 'Evolution of Purity' und die 'Evolution of
Size', erläutert Jan Vydra, Leiter der Division Fiber bei
Heraeus Quarzglas. „Mit synthetischem Quarzglas konnten
wir metallische Verunreinigungen und Feuchtigkeitsspuren
im Vergleich zum natürlichen Quarzglas um mehrere
Hochreiner Sootkörper in der Produktion in Bitterfeld.
Online-RIC-Verfahren.
wird Glas.
Größenordnungen reduzieren.“ Das Material verfügt über
Reinheiten im sub-ppb-Bereich (parts per billion – eins
zu einer Milliarde bzw. ein Gramm in 1000 Tonnen) und
gehört zu den reinsten Materialien. Vom Reinheitsgrad des
Glases hängen die Faserfestigkeit sowie die Streckenlänge
ab, die das Licht in der Glasfaser ohne Signalverstärkung
zurücklegen kann.
Innovationen sorgen für Technologievorsprung
Neben der Reinheit wurden auch die Quarzglas-Vorformen,
aus denen die Glasfasern gezogen werden, kontinuierlich vergrößert („Evolution of Size“). So ermöglicht ein
innovatives Herstellungsverfahren für Glasfasern erheblich
günstigere Produktionskosten bei den Glasfaserherstellern.
Mit dem „Online-RIC“-Verfahren – RIC steht für „Rod in
Cylinder“ bzw. „Kernstab im Zylinder“ – können Lichtleitfasern direkt in einem Arbeitsschritt aus großen Quarzglaszylindern hergestellt werden. Der Begriff „Online“
verdeutlicht, dass die Kernstäbe der Glasfaserhersteller
direkt in den präzise gefertigten Hohlzylinder gesteckt und
dann in einem Schritt zur Faser gezogen werden. Die auf
das neue Verfahren zugeschnittenen hochreinen RICQuarzglaszylinder sind wesentlich größer als die bisher
verwendeten Rohre. Während beim Standardverfahren aus
einem Rohr bislang etwa 400 Kilometer Faserlänge gezo-
gen wurden, können mit dem neuen Verfahren über 6000
Kilometer Glasfaser am Stück produziert werden. Sieben
Online-RIC-Vorformen genügen, um eine Glasfaser zu ziehen, die einmal um die Erde reicht. „Waren die VorgängerVorformen gerade mal armdick im Durchmesser, konnten
wir die Vorformendurchmesser mit der neuen Technologie
auf bis zu 200 Millimeter steigern. Glasfaserhersteller
haben dadurch gegenüber dem Wettbewerb einen klaren
Marktvorteil“, beschreibt Jan Vydra. Sie können nun
schneller und kostengünstiger Glasfasern produzieren und
die Produktionskosten um bis zu 30 Prozent senken – und
der Internet-User bekommt noch schneller seine Informationen auf den Bildschirm. JW
Haben Sie weitere Fragen?
Dr. Jan Vydra
Division Fiber
Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG, Quarzstr. 8, 63450 Hanau
Tel.: + 49 (0) 6181.35-6484
40
E-Mail: jan.vydra@heraeus.com
technology report 2008
technology report 2008
Internet: www.heraeus-quarzglas.com
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